围绕动力电池的竞争仍在内卷中进行，而一贯讲究技术创新的特斯拉，再次成为了锂电产业的 " 福星 "。面对百舸争流的技术路线，决定锂电前途命运的关键，就藏在万众瞩目的 4680 电池之中。
" 累计产量突破 1000 万颗!" 这是 6 月 17 日，特斯拉官宣 4680 电池创下的首个里程碑。电芯产量能满足 1.2 万辆 Model Y 的装机所需，标志着 4680 电池正式进入到量产阶段。
当下锂电的技术，已经成熟到几乎挖掘不出任何颠覆式创新。而作为特斯拉的第三代电池，4680 在续航、快充和安全性等方面堪称无懈可击。其性能飞跃，不仅是 " 大电芯 + 全极耳 + 干电池技术 " 的功劳，更在于革命性地使用了硅碳负极这一新材料，打破了只能使用石墨的桎梏。
相比传统的石墨类材料，硅碳具有更高的能量密度，能够让电池内储存的电荷量增加 10 倍。" 毫不夸张地说，锂电产业的荣辱兴衰正攥在硅基负极厂商手里。" 一位业内人士说。
在特斯拉 4680 电池的引领之下，参与新一轮锂电负极材料革新的，既有保时捷和奔驰这样的巨擎，也不乏一些创新型企业置身事内。其中以美国 Group14 和 Sila 这两家初创公司为代表，二者正在为接下来硅碳负极的商业投产蓄势。
新一轮投资浪潮也从大洋彼岸席卷而来。从意外爆冷到众星捧月，硅碳负极项目只用了半年时间。曾有投资人感慨，热门项目甚至火到 " 连创始人微信都加不上 "。
其中，成立于 2017 年的负极材料企业天目先导，于去年获得了多家机构注资后，在今年突然爆红。有知情人士透露：" 资本追着送钱让他们 TS 拿到手软，最新估值涨到了 60 亿左右。"
显然，硅碳负极重新燃起了 VC 对锂电赛道的投资热情。正如某头部 VC 投资人形容，今天的正极材料工艺就像工厂从生产吉他转型做尤克里里，创新乏善可陈，难以有太多新的市场机会。而负极则像白酒厂转型做红酒，创业公司和茅台同在一个起点。
随着 4680 电池的放量，人人都想尽早抓住锂电产业仅剩的这波风口。
老掉牙的石墨负极
纵观锂电的发展脉络，所有的研发创新目的只有一个——解决续航焦虑。
尽管电池制造商想尽一切办法提高空间利用效率，来增加整车电池容量，但优化电池结构的思路，显然不是解决问题的根本之道。材料和工艺创新才是企业安身立命之本，也是提高电池综合性能的基本共识。
因此，资本未曾放过产业链涌现出的任何创新型技术，可唯独遗漏了电池负极。
电池充放电的过程，是锂离子嵌入与脱出负极材料的过程。可以说，负极材料是影响锂电池能量密度、循环寿命与倍率性能的重要组成部分。然而，和钴酸锂、镍钴锰、磷酸铁锂等正极材料创新相比，负极材料似乎只有石墨这个唯一选项。
可即便如此，产业内曾理所当然地认为，理想的负极材料就是石墨。
直到三年前的特斯拉电池日，马斯克揭开了 4680 电池的神秘面纱，这款大圆柱电池因摒弃了石墨负极，开创性地选择了能量密度更高的硅碳负极，才真正启明了业界心智。
一般而言，理想的负极材料需具备对锂电位低、高比容量、高导电率、原材料易获得、与电解质相兼容的特点。一位行业人士告诉虎嗅，正是具备上述这些条件，加之成本低、工艺成熟，石墨才能牢牢占据市场主导地位，并形成了一定程度上的路径依赖。
但时至今日，石墨负极已逼近 372mAh/g 的理论比容量(单位重量活性物质所能放出的电量)极限，无法满足市场对于高比能锂电的需求。基于消费市场对续航性能的渴望，锂电行业迫切需要使用更优异的负极材料，摆脱石墨负极的掣肘。而硅基负极则是目前理论效率最高且距离产业化最近的材料。
事实上，在特斯拉发布 4680 电池之前，Model3 搭载的 21700 电池就在负极添加了 5% 的硅基材料。如今，行业也已探明，硅基是目前容量最高的电池负极材料，理论值高达 4200mAh/g，是石墨负极理论极限的近 12 倍。
即便是目前小规模应用的硅碳负极和硅氧负极材料，比容量也分别达到了 450mAh/g 和 450-500mAh/g。当然，资本押注的不是现在，而是可期的未来。" 就像光伏转化效率逐年提高那样，硅基负极的潜能同样值得期待。" 负极材料商载驰科技创始人汪炜如是说。
因此，在特斯拉率先垂范，证明了硅基负极材料与大圆柱电池适配之后，各大负极厂商均把硅基负极材料作为重点研究的对象。在负极材料加入硅，成为目前车企提高续航的重要手段和必然选择。
采用硅碳负极的特斯拉 4680 电池，使用硅基材料比例是 21700 电池的两倍。特斯拉声称，其能量密度达到了 300Wh/kg，是 21700 电池的 5 倍，整车续航里程也因此提高了 16%。
而硅基负极并不是特斯拉独占，这项技术的开创者——美国国家科学院院士、斯坦福大学终身教授崔屹 2008 年创办了 Amprius 公司时，就基于自研的纳米技术开发了采用硅基负极电池，能量密度高达 450Wh/kg。
凭借性能更好、更便宜的硅碳复合负极，去年 9 月，这家总部位于美国加利福尼亚州弗里蒙特的电池制造商，在纽交所敲钟上市，风光无垠。
多位行业人士告诉虎嗅，硅基负极之所以得到电池厂商的青睐，除了续航大幅提升，另一大优势则在于高倍率的快充效率—— 6 分钟之内充满 80%，这是石墨负极望尘莫及的。
汪炜解释，由于石墨的电位比较低，锂离子很容易在负极表面沉积，形成析锂。这种情况通常会在低温、快充、过充等过程中出现。一旦析锂反应持续发生，就会生长成像树枝状的金属锂(也被称为锂枝晶)，刺破隔膜，最终导致电池起火爆炸。
为了遏制石墨负极对锂电安全性、低温性能、倍率性能造成的负面影响，电池厂商只能让电池管理系统 ( BMS ) 发挥保护屏障的作用，禁止在低温环境下大倍率的充放电。
相比之下，硅基负极的电压比石墨要高，在快充场景下不会产生锂枝晶，能够很好地规避石墨负极的上述痛点。
眼下，作为硅基负极电池的出货主力，松下、LG 等海外电池厂商在今年启动 4680 电池的量产。而诸如宁德时代、亿纬锂能、蔚蓝等国内知名电池厂商，亦在通过布局国产 4680 电池项目，加速硅基负极的落地和普及。
可以预见的是，特斯拉 4680 电池已实现量产，有望引领产业变革。中信证券研报认为，2023 年是 4680 电池放量元年。根据车企的车型及产能规划，预计到 2025 年，4680 电池需求将超过 100GWh，对应的结构件需求达 37 亿元。
另据第三方研究机构华经产业研究院报告，随着 2022 年特斯拉 4680 大圆柱的量产，硅碳负极市场将迎来爆发增长，预计 2025 年特斯拉 4680 驱动的硅碳负极市场空间将达到 183.7 亿元。硅基负极也将从 2023 年起逐步应用在除特斯拉之外的其他动力电池市场中，2025 年除特斯拉外其他动力用硅碳负极市场空间将达到 67.7 亿元。
不过，尽管硅基材料被市场认为是未来最可能大规模应用的新型负极材料，但包括人造石墨和天然石墨在 2021 年占据了所有负极材料出货量的 98%，包括硅基负极在内的其他负极材料，出货量仅有 2%。这场负极材料革新才刚刚开始。
硅碳才是锂电的未来
" 三点钟又有一个投资团队要过来，已经约了快一个月了。"
在硅基负极最火的时候，载驰科技创始人汪炜一天要见好几波投资人。这与 2017 年公司刚成立那会儿，鲜有人知道什么是硅基负极相比，反差强烈。
今年 4 月，CNBC 采访了美国三家研发硅负极技术的公司—— Sila、Amprius 和 Group14，了解这种新材料将如何改变电动汽车、消费电子等领域。这则报道迅速传至国内，在硅基负极创业者中间引发了关注和讨论。
在这一领域深耕了 20 多年的汪炜，经历了几轮行业起伏和技术变迁之后，认为技术路线是否具有通向商业化和产业化的能力至关重要，" 只有做到低成本、大规模量产，才能更好服务客户，也更符合商业逻辑。"
然而，目前硅基负极渗透率只有不到 2%，制约其大规模进入市场的，主要是过高的体积膨胀率和导电性欠佳等先天性 " 硬伤 "。
和石墨负极 12% 的膨胀率相比，硅基负极材料的充放电膨胀率为 320%。虽然硅基负极电池理论上属于高寿命电池，但在充放电过程中，由于首次充放电效率低，再加上过高的膨胀率导致硅颗粒可能破裂并造成电极失效，引起锂离子迅速衰减，影响电池循环性能和使用寿命。
虎嗅从行业人士了解到，国内硅基负极目前的循环寿命普遍在 500-600 次，远低于石墨负极电池 1000 次以上的水平，甚至达不到国标的上车要求。这些技术问题，仍需一定的时间来解决。
为了抑制膨胀，行业最早试图通过硅氧负极材料来解决问题。汪炜介绍，硅氧负极是氧化亚硅与石墨材料的复合物，在循环性能和倍率性能方面有出色表现，但硅氧负极的工艺复杂，生产成本较高，而且首次效率低，需要在材料端或电池端进行预锂化处理。
可令人意想不到的是，2021 年锂盐价格开始从 3 万元 / 吨一路狂飙。面对上游原材料的成本高企，任何材料厂商都不愿从腰包里掏出高昂的补锂费用。在 " 去锂化 " 的呼声中，尚未形成产业化优势的硅氧负极赛道开始暗淡了下来。" 到 2021 年之后，所有的人都觉得硅氧没法再做了。取而代之的，则是 4680 电池采用的硅碳负极路线。" 汪炜如是说。
相较于硅氧技术路线，由于不需要补锂，硅碳具有不可比拟的性能与成本优势。中国化工经济技术发展中心(CNCET)预计，2023 年中国硅碳负极材料产量及消费量将达到 6 万吨，未来硅碳负极市场前景巨大，市场渗透率正在逐步提升，预计市场规模在千亿级别。
硅碳全称为纳米硅碳，是纳米硅和石墨的结合体。Sila、Amprius 和 Group14，都坚定地选择了纳米硅碳的技术路线。作为纳米硅碳的核心材料，谁掌握了纳米硅谁就掌握了纳米硅碳。
和氧化亚硅相比，" 纳米碳的痛点在于工艺，而不在于材料。" 汪炜表示，同样是负极膨胀的问题，他们利用了物理学的尺度效应，把纳米硅碳的粒径减小十倍，使其体积缩小为原来的千分之一，极大程度上解决了膨胀带来的一系列问题。
创立之初，载驰科技就作为贝特瑞的独家供应商，向其提供纳米硅原料。后者是负极材料的龙头企业，2022 年以 22% 的市占率居首，材料业务收入达 146.3 亿元，同时也成功跻身特斯拉的产业链，向下游客户之一的松下动力电池提供硅碳负极材料。
眼下，在硅基负极市场中，最具增长潜力的当属硅碳负极。但由于工艺创新难度大，国内硅碳负极材料制造商仍然处在攻坚阶段。目前硅基负极材料的产业化还在初期阶段，面临大规模量产和成本的挑战。此前据高工锂电统计，硅碳负极材料价格超过 12 万元 / 吨，远高于石墨负极材料。
为了制备高性能、低成本纳米硅材料，载驰科技采用的技术路线不同于传统的湿法砂磨及硅烷裂解法，而是使用了一种更安全、低碳及规模化的生产方式。截至目前，其研发的硅碳负极材料经过三次迭代，已经陆续向动力电池厂商送样测试。
不过，短时的技术瓶颈，并不能阻止投资人把热钱撒向这个赛道。作为行业笃定的下一代新型锂电负极材料，不少硅碳负极项目甚至出现被投资人 " 排队送钱 " 的盛况。例如天目先导、兰溪致德、碳什科技、碳一新能源、索理德等负极材料企业，背后的资本阵容非常豪华。由于项目的相对稀缺，客观上导致不少投资机构只能看运气抢 " 候补票 "。
截至目前，绝大多数硅碳负极材料企业处于布局、中试或研发阶段。随着各电池企业开始加速布局 4680 大圆柱电池，为提升能量密度，大概率会增加以硅碳为代表的负极材料使用。进而带动市场对于负极新材料的需求。
待硅碳技术瓶颈的攻克以及成本下降，这种高能量密度的材料一旦大规模量产，动力电池市场的格局或将被进一步重塑。
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